一種用于超聲銑削加工的非接觸式感應(yīng)供電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種非接觸式感應(yīng)供電裝置，特別涉及一種用于超聲銑削加工的非接 觸式感應(yīng)供電裝置。屬于超聲銑削加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的超聲銑削加工中超聲振動系統(tǒng)多采用接觸式的供電方式如:采用導(dǎo)電滑環(huán) 的供電方式，有四大缺陷:一是滑環(huán)與供電電刷始終接觸導(dǎo)致磨損或損傷嚴(yán)重，不能確保穩(wěn) 定且高可靠性的超聲銑削加工作業(yè);二是因供電電刷的接觸電火花，同樣不能確保穩(wěn)定且 高可靠性的超聲銑削加工作業(yè);三是為了減輕滑環(huán)的磨損或損傷，對其轉(zhuǎn)速有限制，再加上 密封環(huán)后，轉(zhuǎn)速更無法提高，因此無法滿足超聲銑削主軸高速旋轉(zhuǎn)的要求；四是供電裝置中 旋轉(zhuǎn)部分與靜止部分之間存在機械連接，不能滿足數(shù)控加工中心自動換刀的要求。
[0003] 基于松耦合變壓器研制的非接觸式感應(yīng)供電裝置，其供電部分是分開的，可以解 決由于摩擦引起的上述問題，在很多旋轉(zhuǎn)超聲加工裝備中有應(yīng)用。公告號為： CN102151867B，公告號為2013年5月29日的中國發(fā)明專利中公開了《一種基于機床附件化的 旋轉(zhuǎn)超聲波頭》，采用了基于松耦合變壓器的非接觸式感應(yīng)供電裝置。再如：公告號為 CN201393181Y，公告日為2010年1月27日的中國實用新型專利中公開了《回轉(zhuǎn)式非接觸超聲 波電信號傳輸裝置》，采用了罐型磁芯端面感應(yīng)或同軸圓環(huán)磁芯柱面感應(yīng)的松耦合變壓器 為超聲振動系統(tǒng)進行供電，在不增加任何補償元件的情況下，利用副邊線圈的自感與超聲 振動系統(tǒng)的容抗實現(xiàn)了副邊回路的諧振補償。
[0004] 但現(xiàn)有技術(shù)方案中的非接觸式感應(yīng)供電裝置的特征是:旋轉(zhuǎn)部分與靜止部分存在 機械接;旋轉(zhuǎn)部分的回轉(zhuǎn)半徑與質(zhì)量均較大;利用副邊線圈的自感與超聲振動系統(tǒng)的容抗 實現(xiàn)副邊回路的諧振補償;若用于超聲銑削加工則存在著以下缺點：
[0005] 1)無法滿足數(shù)控加工中心自動換刀的要求；
[0006] 2)旋轉(zhuǎn)部分的回轉(zhuǎn)穩(wěn)定性低，安裝在標(biāo)準(zhǔn)主軸超聲銑刀柄上后，無法滿足超聲銑 削主軸高速旋轉(zhuǎn)的要求；
[0007] 3)副邊回路采用的諧振補償方案在理論上存在缺陷，非接觸式感應(yīng)供電裝置的傳 輸能力受限，無法滿足大功率超聲振動系統(tǒng)的工作需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008](-)發(fā)明目的：
[0009]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種用于超聲銑削加工的非接觸式感應(yīng)供電 裝置，以滿足超聲銑削加工可自動換刀、主軸高速旋轉(zhuǎn)、超聲振動系統(tǒng)功率大的工作要求。 本發(fā)明的非接觸式感應(yīng)供電裝置旋轉(zhuǎn)部分與靜止部分之間沒有任何的機械連接，可以滿足 數(shù)控加工中心的自動換刀的要求;結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，旋轉(zhuǎn)部分的回轉(zhuǎn)半徑與質(zhì)量較小，可以 安裝在標(biāo)準(zhǔn)主軸超聲銑刀柄上，滿足超聲銑削主軸高速旋轉(zhuǎn)的要求;副邊回路采用了經(jīng)過 理論修正的諧振補償方案，非接觸式感應(yīng)供電裝置的傳輸能力得到提升，滿足大功率超聲 振動系統(tǒng)的工作需求。
[0010] (二）技術(shù)方案：
[0011] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明擬采取以下技術(shù)方案：
[0012] 依據(jù)附圖1、附圖2、附圖3對本發(fā)明的一種用于超聲銑削加工的非接觸式感應(yīng)供電 裝置的各組成部分及各組成部分之間的連接關(guān)系做如下說明：
[0013] 依據(jù)附圖1、附圖2可以看出，本發(fā)明的一種用于超聲銑削加工的非接觸式感應(yīng)供 電裝置由原邊、副邊兩部分組成。所述原邊是靜止部分與超聲電源連接，超聲銑削加工過程 中相對于數(shù)控加工中心的機座靜止不動;所述副邊是旋轉(zhuǎn)部分與超聲振動系統(tǒng)連接，超聲 銑削加工過程中隨數(shù)控加工中心的主軸一同旋轉(zhuǎn)。
[0014] 如附圖2(a)所示，所述原邊與所述副邊的空間位置關(guān)系布置為內(nèi)外同心圓式，且 所述原邊在所述副邊的外側(cè);所述原邊與所述副邊相互之間不存在任何的機械連接，且二 者的感應(yīng)供電部分位于同一水平面上;所述原邊的結(jié)構(gòu)是周向上只有大約2/5圓周的不完 整圓環(huán)柱狀結(jié)構(gòu)，所述副邊的結(jié)構(gòu)是完整的圓環(huán)柱狀結(jié)構(gòu);所述原邊的內(nèi)徑比所述副邊的 外徑略大，使得二者在徑向上有一較小的間隙。
[0015] 依據(jù)附圖3可以看出所述原邊由原邊磁芯座、原邊磁芯、原邊線圈構(gòu)成。該原邊磁 芯座固定安裝在數(shù)控加工中心的主軸座上，是確定所述原邊空間位置的零件。該原邊磁芯 與該原邊線圈安裝在該原邊磁芯座內(nèi)部，是所述原邊的感應(yīng)供電部分。該原邊線圈纏繞在 該原邊磁芯上，是所述原邊與超聲電源連接的部分。
[0016]該原邊磁芯座的結(jié)構(gòu)是周向上只有大約2/5圓周的不完整圓環(huán)柱狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)徑 比副邊磁芯座的外徑略大，使得所述原邊與所述副邊在徑向上有一較小的間隙。該原邊磁 芯座內(nèi)圓面上加工有臺階內(nèi)圓槽，原邊磁芯與原邊線圈安裝在臺階內(nèi)圓槽內(nèi)部;外表面上 加工設(shè)有定位與緊固結(jié)構(gòu)，能通過支架、撥叉等零件將該原邊磁芯座安裝在數(shù)控加工中心 的主軸座上。
[0017]該原邊磁芯的結(jié)構(gòu)是周向上只有大約1/3圓周的不完整圓環(huán)柱狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)徑比 副邊磁芯的外徑略大，使得所述原邊與所述副邊在徑向上有一較小的間隙。該原邊磁芯的 內(nèi)圓面上加工有U型內(nèi)圓槽，原邊線圈纏繞于U型內(nèi)圓槽內(nèi)以及外圓面上；外圓面的外圓尺 寸與原邊磁芯座臺階內(nèi)圓槽的較小的內(nèi)圓尺寸是配合關(guān)系，用于將該原邊磁芯安裝在原邊 磁芯座上。
[0018]該原邊線圈纏繞于原邊磁芯的側(cè)壁上，其一半位于原邊磁芯的U型內(nèi)圓槽內(nèi)，一半 在原邊磁芯的外部緊靠著外圓面。該原邊線圈的始端和末端與超聲電源連接。
[0019] 依據(jù)附圖3可以看出所述副邊由副邊磁芯座、副邊磁芯座端蓋、副邊磁芯、副邊線 圈構(gòu)成。該副邊磁芯座，固定安裝在標(biāo)準(zhǔn)主軸超聲銑刀柄上，是確定所述副邊空間位置的零 件。該副邊磁芯座端蓋安裝在該副邊磁芯座另一側(cè)的端部，與該副邊磁芯座一同構(gòu)成一 U型 外圓槽，如附圖4所示。該副邊磁芯與該副邊線圈安裝在U型外圓槽內(nèi)，是所述副邊的感應(yīng)供 電部分。該副邊線圈纏繞在該副邊磁芯上，是所述副邊與負(fù)載(即集成在標(biāo)準(zhǔn)主軸超聲銑刀 柄內(nèi)部的超聲振動系統(tǒng))連接的部分。
[0020] 該副邊磁芯座的結(jié)構(gòu)是一側(cè)有端面法蘭，另一側(cè)加工有螺紋，中心加工有孔的圓 環(huán)柱狀結(jié)構(gòu)；其端面法蘭的外徑比原邊磁芯座的內(nèi)徑略小，使得所述原邊與所述副邊在徑 向上有一較小的間隙。該副邊磁芯座端面法蘭上加工有定位與緊固結(jié)構(gòu)，可將該副邊磁芯 座安裝固定在標(biāo)準(zhǔn)主軸超聲銑刀柄上;其中心加工的內(nèi)孔可以避免與集成在標(biāo)準(zhǔn)主軸超聲 銑刀柄內(nèi)部的超聲振動系統(tǒng)產(chǎn)生位置干涉。
[0021] 該副邊磁芯座端蓋的結(jié)構(gòu)是中心加工有內(nèi)螺紋的圓形板狀結(jié)構(gòu)，其外徑與副邊磁 芯座端面法蘭的外徑相等。該副邊磁芯座端蓋通過內(nèi)螺紋安裝在副邊磁芯座上，并與副邊 磁芯座一同構(gòu)成一U型外圓槽。
[0022] 該副邊磁芯的結(jié)構(gòu)是完整的圓環(huán)柱狀結(jié)構(gòu)；其外徑比原邊磁芯座的內(nèi)徑略小，使 得所述原邊與所述副邊在徑向上有一較小的間隙。該副邊磁芯的外圓面上加工有U型外圓 槽，副邊線圈纏繞在U型外圓槽內(nèi)；其內(nèi)圓面的內(nèi)圓尺寸與副邊磁芯座的外圓面的外圓尺寸 構(gòu)成配合關(guān)系，該副邊磁芯與副邊線圈安裝在副邊磁芯座與副邊磁芯座端蓋構(gòu)成的U型外 圓槽內(nèi)。
[0023] 該副邊線圈纏繞于副邊磁芯的U型外圓槽內(nèi)。該副邊線圈的始端和末端與負(fù)載(即 集成在標(biāo)準(zhǔn)主軸超聲銑刀柄內(nèi)部的超聲振動系統(tǒng))連接。
[0024] 綜合以上所述，可知本發(fā)明的一種用于超聲銑削加工的非接觸式感應(yīng)供電裝置， 其結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)變壓器類似，但由于本發(fā)明所述的非接觸式感應(yīng)供電裝置的原邊磁芯與副邊 磁芯之間是分開的，造成所述原邊與所述副邊之間存在不可忽略的漏感。本發(fā)明所述的非 接觸式感應(yīng)供電裝置的等效電路圖如附圖5所示，需要在所述非接觸式感應(yīng)供電裝置連接 補償電路，以消除漏感對所述非接觸式感應(yīng)供電裝置傳輸能力造成的不利影響。
[0025] 以下對本發(fā)明所述的非接觸式感應(yīng)供電裝置的補償電路進行介紹。
[0026] 依據(jù)附圖1可知所述補償電路由原邊補償電路與副邊補償電路組成。所述原邊補 償電路連接在超聲電源與原邊線圈之間;所述副邊補償電路連接在副邊線圈與超聲振動系 統(tǒng)之間。
[0027] 所述原邊補償電路的主要目的是補償原邊線圈的漏感造成的無功功率損耗。原 邊補償電路采用的補償方案可以是在原邊回路中串聯(lián)或并聯(lián)相應(yīng)的原邊補償匹配電容C P， 原邊補償匹配電容CP的值在理論上近似滿足下式：
[0028] ΜΑ"-7T = 〇 略P
[0029] 式中cos = 23ifs，f^超聲振動系統(tǒng)的工作頻率。
[0030] 本發(fā)明中所述的非接觸式感應(yīng)供電裝置副邊線圈的負(fù)載是超聲振動系統(tǒng)。超聲振 動系統(tǒng)在工作頻率fs處的等效電路如附圖6所示。超聲振動系統(tǒng)正常工作時，需要用感抗L 對超聲振動系統(tǒng)進行阻抗匹配，如附圖7所示。
[0031 ] 超聲振動系統(tǒng)阻抗匹配后的總阻抗Z為：
[0032]
[0033] 令回路總阻抗虛部為零，可得匹配電感L的值為：
[0034] /-=--^^--1~- i+(d
[0035] 綜合以上，所述負(fù)載（即超聲振動系統(tǒng)）需要用感性元件進行阻抗匹配的工作特 點，所述副邊補償電路的主要目的是補償副邊線圈的漏感Ls 2造成的無功功率損耗，同時滿 足所述負(fù)載(即超聲振動系統(tǒng)）的阻抗匹配需求。由于副邊補償元件需要安裝在標(biāo)準(zhǔn)主軸超 聲銑刀柄上，為避免其對標(biāo)準(zhǔn)主軸超聲銑刀柄回轉(zhuǎn)穩(wěn)定性帶來的不利影響，所述副邊補償 電路采用了不額外增加補償元件，利用副邊線圈的漏感抗Xls 2與超聲振動系統(tǒng)的等效容抗 Xc在超聲振動系統(tǒng)的工作頻率fs處實現(xiàn)互相補償?shù)姆桨浮?br>[0036] 超聲振動系統(tǒng)的等效容抗&與副邊線圈漏感抗)(^2滿足下式：
[0037] Xc+XL52 = 0 ^ 1 、一，
[0038] 式中，士 = ^一~~jT^~.，XLS2 = j WS